АУТОПХАГИЈА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, ФУНКЦИЈЕ, СТУДИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Аутофагије је интрацелуларни деградација систем дође до сачуване у лизозомима свих еукариотских ћелија (и вакуолама квасаца). Реч се углавном користи за деградацију компонената цитосола или "делова" ћелије који су "застарели" или који су престали да раде правилно.

Израз аутофагија је сковао 1963. године на Универзитету Рокфелер де Дуве, који је такође посматрао и описао процесе ћелијске ендоцитозе. Буквално реч аутофагија значи „конзумирати себе“, мада га неки аутори описују као „самоканибализам“.

Графички приказ макроаутофагије и микроаутофагије (Извор: Цхеунг и Ип преко Викимедиа Цоммонса)

Овај систем се разликује од пропадања посредованог протеасомом по томе што је аутофагија способна да уклони комплетне унутарћелијске органеле и велике протеинске комплексе или агрегате.

Упркос овој неселективној фагоцитози, различита истраживања показала су да аутофагија има бројне физиолошке и патолошке импликације. Пошто се активира током периода прилагођавања гладовању, током развоја, за елиминацију инвазивних микроорганизама, током програмиране ћелијске смрти, за елиминацију тумора, представљање антигена, итд.

карактеристике

Аутофагија, као што је дискутирано, је процес посредован цитоплазматском органелом познатом као лизосом.

Процес "аутофагије" започиње инкапсулацијом органеле која ће бити деградирана двоструком мембраном, формирајући мембрано тело познато као аутофагосом. Мембрана аутофагосома накнадно се стапа с лизосомалном мембраном или с касним ендосомом.

Сваки од ових корака између секвестрације, разградње и ослобађања аминокиселина или других компоненти за рециклирање врши различите функције у различитим ћелијским контекстима, што аутофагију чини високо мултифункционалним системом.

Аутофхагија је прилично контролиран процес, јер су само маркиране ћелијске компоненте усмјерене према овом путу разградње и обиљежавање се обично догађа током ћелијских процеса ремоделирања.

На пример, када ћелија јетре успостави реакцију детоксикације као одговор на лекове растворљиве у масти, њен глатки ендоплазматски ретикулум се значајно размножава, а када се стимулус генерисан леком смањује, вишак глатког ендоплазматског ретикулума аутофагијом се уклања из цитосолног простора.

Индукција аутофагије

Један од догађаја који најчешће покреће аутофагичне процесе је гладовање.

Зависно од организма о коме се говори, различите врсте есенцијалних хранљивих материја могу покренути овај систем „рециклирања“. На пример, у квасцу, иако мањак угљеника одређених аминокиселина и нуклеинских киселина може изазвати аутофагију, дефицит азота је најефикаснији подстицај, који важи и за биљне ћелије.

Иако то није у потпуности схваћено, ћелије имају посебне „сензоре“ за одређивање када је храњива или есенцијална аминокиселина у врло ниском стању и на тај начин покрећу читав процес рециклирања кроз лизосоме.

Код сисара неки хормони учествују у регулацији (позитивној или негативној) аутофагије у ћелијама одређених органа, као што су инсулин, неки фактори раста или интерлеукини итд.

Врсте

Постоје три главне врсте аутофагије код еукариота: макро аутофагија, микро аутофагија и аутофагија посредована шпероном. Ако није специфицирано, појам аутофагије односи се на макро аутофагију.

Иако су три врсте аутофагије морфолошки различите, све се завршавају у преносу твари у лизосоме ради разградње и рециклирања.

Макроаутофагија

Ово је врста аутофагије која зависи од новонасталог формирања фагоцитних везикула познатих као аутофагосоми. Формирање ових везикула је независно од стварања "пупољака" мембране, јер се формирају експанзијом.

У квасцима формирање аутофагосома започиње на одређеном месту познатом као ПАС, док се код сисара много различитих места појављује у цитосолу, вероватно повезано са ендоплазматским ретикулумом кроз структуре познате као "омегасоми".

Величина аутофагосома је врло променљива и зависи од организма и врсте молекула или органеле која се фагоцитозира. Може варирати од 0,4-0,9 µм у пречнику у квасцу до 0,5-1,5 µм код сисара.

Када се мембране аутофагосома и лизосома стапају, њихов садржај се помеша и тада почиње пробава аутофагичних циљних супстрата. Ова органела је тада позната и као аутолизом.

За неке ауторе, макроаутофагија се може подкласификовати, заузврат, у индуковану аутофагију и основну аутофагију. Индукована макроаутофагија се користи за производњу аминокиселина након дужег периода гладовања.

Базална макроаутофагија се односи на конститутивни механизам (који је увек активан) који је неопходан за промет различитих цитосолних компоненти и унутарћелијских органела.

Мицроаутопхаги

Ова врста аутофагије односи се на поступак у којем се цитоплазматски садржај уводи у лизосом путем инвагација које се јављају у мембрани поменутог органеле.

Једном када су уведени у лизосом, везикули настали тим инвагинацијама слободно лебде у лумену све док се не лизирају и њихов садржај се ослободи и разгради специфичним ензимима.

Аутопегија посредована цхапероном

О овој врсти аутофагије пријављено је само за ћелије сисара. За разлику од макро-аутофагије и микро-аутофагије, где су неки цитосолни делови неспецифично фагоцитозирани, аутофагија посредована каперонима је сасвим специфична, јер зависи од присуства одређених пентапептидних секвенци у супстратима који ће се фагоцитозирати.

Неки истраживачи су утврдили да је овај мотив пентапептида повезан са секвенцом КФЕРК и да се он налази у више од 30% цитосолних протеина.

Назива се "посредством цхаперона", јер су протеини цхаперона одговорни за чување овог сачуваног мотива како би се олакшало његово препознавање и спречило да се протеин на њему савија.

Протеини са овом ознаком транслоцирани су у лизосомални лумен и тамо се разграђују. Многи супстрати за разградњу су гликолитички ензими, фактори транскрипције и њихови инхибитори, протеини који везују калцијум или липид, протеинске подјединице и неки протеини који су укључени у везикуларни промет.

Као и друге две врсте аутофагије, аутопедија посредована шпероном је регулисан процес на многим нивоима, од препознавања етикета до транспорта и деградације супстрата унутар лизосома.

Карактеристике

Једна од главних функција аутофагичног процеса је уклањање старећих или "застарелих" органела, које су разним путевима за деградацију унутар лизосома означене.

Захваљујући посматрању електронских микрографија лизосома у ћелијама сисара, откривено је присуство пероксизома и митохондрија.

На пример, у ћелији јетре просечни животни век митохондрија је 10 дана, након чега се овај органел фагоцитозира лизосомима, где се разграђује, а његове компоненте се рециклирају у различите метаболичке сврхе.

У условима ниске концентрације хранљивих материја, ћелије могу покренути стварање аутофагосома како би селективно "заробиле" делове цитосола, као и разграђени метаболити у тим аутофагосомима могу помоћи ћелијама да преживе када спољни услови ограничавају од тачке. са нутритивне тачке гледишта.

Улоге у здрављу и развоју

Аутофагија има важне функције у реструктурирању ћелија у процесу диференцијације јер учествује у одбацивању цитосолних делова који нису потребни у одређено време.

Такође има важне последице на ћелијско здравље, јер је део одбрамбених механизама против инвазије вируса и бактерија.

Иосхинори Охсуми Студије

Иосхинори Охсуми, јапански истраживач за физиологију и медицину за 2016. годину, добитник Нобелове награде, описао је молекуларне механизме аутофагије у квасцима проучавајући метаболичку судбину многих протеина и вакуоле ових једноћелијских организама.

Охсуми је у свом раду не само идентификовао протеине и путеве који су укључени у процес, већ је показао и начин на који је регулисан пут аутофагије захваљујући деловању протеина који су у стању да „осете“ различита метаболичка стања.

Његов рад је почео прецизним микроскопским надзором вакуола током интензивних деградацијских деградација. Вакуоли се сматрају складиштем квасца „смеће“ и станичним отпадом.

Посматрајући квасце са мутираним генотиповима оштећеним за различите гене повезане или хипотетски повезане са аутофагијом (позната као АТГ гени), овај истраживач и његови сарадници били су у могућности да опишу аутофагични систем квасца на генетском нивоу.

Након тога, ова група истраживача утврдила је главне генетске карактеристике протеина кодираних овим генима и дала значајан допринос њиховој интеракцији и стварању комплекса одговорних за покретање и извођење аутофагије у квасцу.

Захваљујући раду Иосхинори Охсуми, данас боље разумемо молекуларне аспекте аутофагије, као и њене важне импликације на правилно функционисање ћелија и органа који нас чине.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К., и Валтер, П. (2015). Молекуларна биологија ћелије (6. изд.). Нев Иорк: Гарланд Сциенце.
2. Клионски, ДЈ, & Емр, СД (2000). Аутофагија као регулисан пут ћелијске разградње. Наука, 290, 1717-1721.
3. Мизусхима, Н. (2007). Аутофхагија: процес и функција. Гени и развој, 21, 2861–2873.
4. Мизусхима, Нобору и Коматсу, М. (2011). Аутофхагија: Обнова ћелија и ткива. Ћелија, 147, 728-741.
5. Рабиновитз, ЈД, & Вхите, Е. (2010). Аутофагија и метаболизам. Наука, 330, 1344-1348.